Gabarito - Lista 2_Geracao de Energia Eletrica

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Gabarito – Lista de Exercícios 2 
1. E 
2. Livre 
3. Podem ser classificadas em função das características da combustão com relação ao processo de transferência 
energética: 
Combustão externa: o combustível não entra em contato com o fluido de trabalho. Este é um processo usado 
principalmente nas centrais termelétricas a vapor, onde o combustível aquece o fluido de trabalho (em geral 
água) em uma caldeira até gerar o vapor que, ao se expandir em uma turbina, produzirá trabalho mecânico. 
As centrais nucleares, embora não utilizem combustão, e sim, fissão nuclear, se incluem nesta classificação, 
uma vez que o processo de fissão não entra em contato direto com o fluido de trabalho. 
Combustão interna: a combustão se efetua sobre uma mistura de ar e combustível. Dessa maneira, o fluido de 
trabalho será o conjunto de produtos da combustão. A combustão interna é o processo usado principalmente 
nas turbinas a gás e nas máquinas térmicas a pistão (motores). 
4. As usinas termoelétricas podem ser de ciclo simples, nos quais o vapor aciona uma turbina e logo é resfriado 
para reiniciar o ciclo e as de ciclo combinado nas quais se utilizam dois sistemas de geração concatenados nos 
quais se utilizam máquinas térmicas baseadas em ciclos térmicos diferentes para que se aproveite na segunda 
máquina o calor residual da primeira, gerando uma energia adicional. 
5. Existem vários tipos de usinas, sendo classificadas pelo seu combustível utilizado: 
Usina Termoelétrica a óleo: São termoelétricas que, para aquecer a água e transformá-la no vapor que moverão as 
pás da turbina, queimam óleo em suas caldeiras. O óleo mais utilizado para esse fim é o Óleo Diesel, constituído 
basicamente por hidrocarbonetos. 
Usina Termoelétrica a gás: Usa gás natural como o combustível para alimentar uma turbina de gás. Os gases 
produzem uma alta temperatura através da queima, e são usados para produzir o vapor para mover uma segunda 
turbina, e esta por sua vez de vapor. A diferença da temperatura, que é produzida com a combustão dos gases 
liberados, torna-se mais elevada do que uma turbina do gás e por vapor, portanto os rendimentos obtidos são 
superiores, da ordem de 55%. 
Usina Termoelétrica a carvão: A energia vem para a usina como "carvão", onde seus elementos constituintes 
combinam-se com o oxigênio do ar e, assim, nesse processo denominado combustão converte a energia química 
em energia térmica. Uma certa porcentagem desta energia térmica é transferida para a caldeira e produz vapor. A 
expansão do vapor nos cilindros da máquina ou nos injetores e palhetas da turbina, transformam a energia térmica 
do vapor em energia mecânica, que é usada para acionar o gerador elétrico, o qual, converte uma grande 
proporção da energia mecânica que recebe, em energia elétrica. 
Usina Termoelétrica a biomassa: Para o funcionamento de uma usina movida a biomassa, geradoras utilizam a 
combustão de material orgânico para produzir energia. Biomassa abrange todos os resíduos orgânicos que possam 
ser utilizados como combustíveis, por exemplo: bagaço de cana, lenha, casca de arroz, resíduos de madeira, entre 
outros. 
A geração de energia a biomassa é renovável, permite o reaproveitamento de resíduos e é menos poluente do que 
outras formas de energia, como as obtidas a partir da utilização de combustíveis fósseis, como petróleo e carvão 
mineral. As usinas movidas a biomassa beneficiam-se de licenciamentos ambientais mais simples; combustível 
abundante no Brasil, podendo vir de subproduto de outras atividades; e facilidade de localização mais próxima aos 
grandes centros de consumo, reduzindo os custos de transmissão. 
Usina Termoelétrica nuclear: O vapor é produzido num vaso de pressão chamado gerador de vapor, que é 
aquecido indiretamente pela água que resfria um reator nuclear. No reator se processa uma reação de fissão 
decorrente do choque de nêutrons com o núcleo de átomos de urânio que se partem provocando uma grande 
liberação de energia térmica. 
 
Universidade Estácio de Sá – Campus Sulacap 
Curso de Engenharia Elétrica 
Disciplina: Geração de Energia Elétrica – CCE-1032 
Este sistema, chamado de primário, fica a alta pressão e temperatura, 
sendo que uma bomba faz o resfriamento do interior do reator por fazer 
esta água circular de onde se processa a reação nuclear até o gerador de 
vapor onde esta água cede energia térmica por condução, através dos 
vários tubos em que se bifurca a linha de resfriamento do reator para 
aumentar a área de transferência.A água do gerador de vapor, que é o 
sistema secundário, se aquece até vaporizar-se. Este vapor movimentará a 
turbina. 
 
Tipos de Turbinas: 
 Turbina a gás: A dilatação dos gases resultantes da queima do combustível ativa a turbina a gás, a qual 
está diretamente acoplada ao gerador onde é transformada em potência elétrica. 
 Turbina a vapor: funciona tal qual uma Usina Termelétrica convencional, todavia, a mudança da água em 
estado liquido para vapor é feita a partir do reaproveitamento do calor dos gases da turbina a gás, os quais 
recuperam o calor na caldeira. 
 
6. 1500 m3/s; 1800 Kg e 155,52 kW. 
7. 13,6 KW e 117 MWh 
8. A 
9. B 
10. Energia solar fotovoltaica e energia solar térmica com a utilização de geradores de vapor acionados pelo calor 
do sol. 
11. A radiação solar é absorvida por coletores solar para aquecimento de água (temperaturas inferiores a 100
o
C) O 
coletor é formado por uma placa plana, de cobertura transparente de vidro ou plástico, e no seu interior 
circula uma série de tubos (de cobre, por exemplo), que se aquecem e transmitem parte do calor absorvido 
para o fluído (água, por exemplo) que circula em seu interior. A água quente aquece um reservatório (Boiler) 
termicamente isolado onde a água aquecida será posteriormente consumida. Este reservatório é mantido 
sempre cheio, sendo alimentado por uma caixa de água fria. 
12. a) A casa gasta por dia, em média, 3600 kW h / 365 dias ≈ 10 kW h / dia. 
b) Como a insolação corresponde a 5 h, a energia anterior terá de ser produzida neste intervalo de 
tempo. Assim a potência será dada calculando: P = 10 kW h/ 5h = 2 kW. 
c) A potência fornecida pelo Sol é dada calculando: P = Pútil / η = 2/ 0,15= 13,3 kW. 
d) Se uma célula fornecer 1,5 W de potência, serão necessárias 2 kW/ 1,5 W = 2000 W/1,5 W≈ 1333 células. 
Como cada painel tem 36 células, serão necessários: 1333/36 = 37 painéis. 
e) Se o tamanho de uma célula for de 100 cm², um painel com 36 células ocupará 36 × 100 cm² = 3600 cm², 
logo 37 painéis ocuparão 37 × 3600 cm² = 133 200 cm² = 13,32 m² . Este valor é uma aproximação, uma vez 
que foram desprezados alguns fatores, tais como, o tamanho das molduras dos painéis. Desta forma poderá 
aferir-se que para uma potência de 2kW são necessários, normalmente, 15 m². 
13. A energia total é de 1,10 × 10¹
0 
J/m². A energia incidente por segundo é dada através de : 1,10 × 10
10
 / (365× 24 
× 3600) = 348,8 J/m². Sendo o rendimento de: η= 0,25 
E= 0,25 × 348,8= 87 J/m². 
Sendo o gasto médio diário de 21 kWh, A potência vem: P= 21/24 = 0,875 kW = 875 W 
Vem então que a área dos painéis: 875/ 87≈ 10 m². 
14. Calculando a potência disponível, vem que: Pdisponível = 350 × 30 × 0,18 =1890 W. Como os três 
equipamentos necessitam de uma potência de 2600W, não se poderá colocar os três a funcionar em 
simultâneo. 
b) Podemos colocar a máquina da roupa e a torradeira, ou a torradeira e o frigorífico. 
c) A área será dada calculando: A = 2600/(350 × 0,18) = 41,3 m².